EP0575110B1 - Compression et décompression de signaux numériques - Google Patents

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EP0575110B1
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Definitions

  • quadrature mirror (QMF) filter which is described, for example, in R. E. Crochiere, Digital Coding of Speech in Sub-bands, 55 BELL SYST. TECH. J. No.8, (1976).
  • QMF quadrature mirror
  • the technique of dividing the audio input signal in frequency into frequency bands of an equal width is discussed in Joseph H. Rothweiler, Polyphase Quadrature Filers-a New Sub-band Coding Technique, ICASSP 83, BOSTON (1983).
  • the quantizing bit allocation technique just described enables the number of bits allocated to bands containing high levels of spectral energy to be increased to improve the overall signal-to-noise characteristics. Since the human sense of hearing is, in general, highly sensitive to signals containing narrow spectral components, the above bit allocation technique improves not only the measured value of signal-to-noise ratio, but also the signal-to-noise ratio perceived by the listener.
  • the output signal has a bit rate considerably less than that of the input signal.
  • the output signal can be stored in a storage medium with less storage capacity (e.g., a smaller optical disk) than that of a medium required to store the input signal; and can be transmitted using a transmission medium with a lower transmission rate that a transmission medium required to transmit the input signal.

Claims (19)

  1. Appareil pour compresser un signal d'entrée audio numérique pour fournir un signal de sortie compressé, l'appareil comprenant :
    un moyen (11 à 15, 19 à 21) pour dériver plusieurs coefficients spectraux à partir du signal d'entrée et pour grouper les coefficients spectraux en bandes ;
    un moyen de distribution (303, 308, 309), sensible au signal d'entrée, pour distribuer un nombre disponible total de bits de quantification entre des bits de quantification dépendant du spectre de signal et des bits de quantification dépendant du spectre de bruit ;
    un moyen (303, 304) pour déterminer une amplitude pour chaque bande et pour allouer les bits dépendant du spectre de signal à chaque bande en fonction de l'amplitude déterminée pour la bande pour quantifier chaque coefficient spectral dans chaque bande ;
    un moyen (303, 305) pour déterminer un spectre de bruit admissible subjectivement pour chaque bande et pour allouer les bits de quantification dépendant du spectre de bruit à chaque bande en dépendance du spectre de bruit déterminé pour quantifier chaque coefficient spectral dans la bande ; et
    un moyen de quantification (16 à 18) pour quantifier les coefficients spectraux dans chaque bande utilisant un nombre total de bits de quantification déterminé en additionnant le nombre de bits de quantification dépendant du spectre de signal alloué à la bande et le nombre de bits de quantification dépendant du spectre de bruit alloué à la bande.
  2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel :
    le moyen de distribution (303, 308, 309) est sensible à la régularité (308) du spectre de signal d'entrée.
  3. Appareil selon la revendication 2, dans lequel le moyen de distribution (303, 308, 309) distribue plus d'un nombre disponible total de bits de quantification aux bits de quantification dépendant du spectre de bruit lorsque la régularité du spectre de bruit du signal d'entrée augmente.
  4. Appareil selon la revendication 3, dans lequel :
    le spectre du signal d'entrée comprend plusieurs points spectraux, ayant chacun une valeur ; et
    le moyen de distribution comprend un moyen (308) pour calculer une différence entre les valeurs des points spectraux adjacents pour indiquer la régularité du spectre du signal d'entrée.
  5. Appareil selon la revendication 3, dans lequel le moyen de distribution comprend :
    un moyen (303) pour déterminer une amplitude pour chaque bande ; et
    un moyen (308) pour calculer une différence entre les amplitudes des bandes pour indiquer la régularité du spectre du signal d'entrée.
  6. Appareil selon la revendication 3, dans lequel le moyen de distribution comprend :
    un moyen pour appliquer un bloc flottant à chaque bande, et pour calculer un coefficient flottant de bloc pour chaque bande ; et
    un moyen pour calculer une différence entre les coefficients flottants de bloc des bandes adjacentes pour indiquer la régularité du spectre du signal d'entrée.
  7. appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen pour dériver les coefficients spectraux du signal d'entrée comprend :
    un moyen (11) pour diviser le signal d'entrée en fréquence sans diviser le signal d'entrée en temps pour fournir plusieurs signaux de gamme de fréquence ; et
    un moyen (9 à 21, 13 à 15) pour diviser chaque signal de gamme de fréquence dans le temps en blocs, et pour diviser en outre le signal de gamme de fréquence dans chaque bloc en fréquence pour fournir les coefficients spectraux.
  8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le moyen pour dériver des coefficients spectraux à partir de l'entrée du signal d'entrée comprend :
    un moyen (11) pour diviser le signal d'entrée en fréquence sans diviser le signal d'entrée en temps pour fournir plusieurs signaux de gamme de fréquence ; et
    un circuit de transformation orthogonale (13 à 15) raccordé à chaque signal de gamme de fréquence et fournir plusieurs coefficients spectraux de celui-ci.
  9. Procédé de compression d'un signal d'entrée audio numérique pour fournir un signal de sortie compressé, le procédé comprenant les étapes de :
    dérivation de plusieurs coefficients spectraux à partir du signal d'entrée et groupage des coefficients spectraux en bandes ;
    en réponse au signal d'entrée, distribution d'un nombre disponible total de bits de quantification entre des bits de quantification dépendant du spectre de signal et des bits de quantification dépendant du spectre de bruit ;
    détermination d'une amplitude pour chaque bande et allocation des bits de quantification dépendant du spectre de signal à chaque bande en dépendance de l'amplitude déterminée pour la bande pour quantifier chaque coefficient spectral dans la bande ;
    détermination du spectre de bruit admissible subjectivement pour chaque bande et allocation des bits de quantification dépendant du spectre de bruit déterminé pour quantifier chaque coefficient spectral dans la bande ; et
    quantification des coefficients spectraux dans chaque bande utilisant un nombre total de bits de quantification déterminé par l'addition du nombre de bits de quantification dépendant du spectre de signal alloué à la bande et du nombre de bits de quantification dépendant du spectre de bruit alloué à la bande.
  10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel :
    l'étape de distribution est réalisée en fonction de la régularité du spectre du signal d'entrée.
  11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel dans une étape de distribution, on distribue plus de nombre total disponible de bits de quantification aux bits de quantification dépendant du spectre de bruit lorsque la régularité du spectre du signal d'entrée augmente.
  12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel :
    le spectre du signal d'entrée comprend plusieurs points spectraux, ayant chacun une valeur, et l'étape de distribution comprend l'étape de calcul d'une différence entre les valeurs des points spectraux adjacents pour indiquer la régularité du spectre du signal d'entrée.
  13. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l'étape de distribution comprend les étapes de :
    détermination d'une amplitude pour chaque bande ; et
    calcul d'une différence entre les amplitudes des bandes pour indiquer la régularité du spectre du signal d'entrée.
  14. Appareil selon la revendication 11, dans lequel l'étape de distribution comprend les étapes de :
    application de bloc flottant à chaque bande, et pour calculer un coefficient flottant de bloc pour chaque bande ; et
    calcul d'une différence entre les coefficients de bloc flottant des bandes adjacentes pour indiquer la régularité du spectre du signal d'entrée.
  15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, dans lequel l'étape de dérivation des coefficients spectraux à partir de l'entrée du signal d'entrée comprend :
    la division du signal d'entrée en fréquence sans diviser le signal d'entrée dans le temps pour fournir plusieurs signaux de gamme de fréquence ; et
    division de chaque signal de gamme de fréquence dans le temps en blocs, et pour en outre diviser le signal de gamme de fréquence pour fournir les coefficients spectraux.
  16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, dans lequel l'étape de dérivation des coefficients spectraux de l'entrée du signal d'entrée comprend :
    la division du signal d'entrée en fréquence sans diviser le signal d'entrée dans le temps pour fournir plusieurs signaux de gamme de fréquence ; et
    la transformation orthogonalement de chaque signal de gamme de fréquence et la fourniture de plusieurs coefficients spectraux à partir de celle-ci.
  17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, comprenant en plus l'étape d'inclure dans le signal compressé les coefficients spectraux quantifiés, les informations de bloc flottant, et les informations de longueur de mots indiquant le nombre de bits utilisés pour quantifier les coefficients spectraux dans chaque bande.
  18. Système pour enregistrer un signal d'entrée audio numérique ayant un débit binaire sur un support, et pour produire le signal d'entrée numérique à partir du support pour fournir un signal de sortie audio numérique, le système dérivant à partir du signal d'entrée un signal compressé pour l'enregistrement sur le support, et en dérivant le signal de sortie du signal compressé reproduit à partir du support, le signal compressé ayant un débit binaire inférieur au débit binaire du signal d'entrée ; le système comprenant un appareil selon l'un quelconque desdits aspects pour produire le signal compressé, et un appareil pour décompresser le signal numérique compressé pour fournir le signal de sortie audio numérique, l'appareil de compression comprenant :
    un moyen d'extraction pour extraire des coefficients spectraux quantifiés du signal compressé ;
    un moyen de déquantification pour déquantifier les composantes de signal quantifiées ; et
    un moyen pour dériver le signal de sortie des composantes spectrales déquantifiées.
  19. Système selon la revendication 18 lorsqu'elle dépend directement ou indirectement de la revendication 8, dans lequel le moyen pour dériver le signal de sortie des composantes spectrales déquantifiées comprend un circuit de transformation orthogonale.
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